交流调磁型永磁同步电机磁通协同调控最大转矩铜耗比控制

电动汽车驱动系统不仅需要拥有宽广的调速范围和恒功率运行区域,还应具备高效率、低损耗的优点,以实现续航的最大化。针对这些技术特点,该文研究了一种调磁性能优越的交流调磁型永磁同步电机(ACFR-PMSM),分别建立其等效磁路模型和稳态数学模型。并以该电机特殊的径向-轴向结构为基础,研究了其电感特性和转矩输出特性,从理论的角度论证了实现最大转矩铜耗比(MTPCL)控制的可行性。另外,分别采用拉格朗日乘子法和电流选择穷举法,获得了MTPCL控制的径-轴向定子绕组最佳电流选择方案。最后,实现了所提出控制策略的计算机仿真和样机测试,验证了其良好的动态控制性能,详细对比了经典id=0控制和所提出MTPCL控制的实施效果并计算了运行铜耗。

基于矢量控制的电励磁双凸极电机失磁容错运行转矩脉动抑制策略

电励磁双凸极电机(doubly salient electro-magnetic machine,DSEM)在航空和电动汽车等领域具有广阔的应用前景,这些领域对可靠性有更高的要求。DSEM通过励磁绕组实现他励,其励磁故障是影响DSEM电动运行可靠性的重要方面。针对DSEM驱动系统的励磁故障,该文提出一种基于矢量控制的DSEM失磁容错运行转矩脉动抑制策略。首先,根据瞬时功率不变原则建立DSEM失磁后极坐标系下的转矩数学模型,该模型建立磁阻转矩与电流矢量的幅值和相角之间的关系。随后,基于该模型,以铜耗最小化为目标确立电流矢量的相角,通过控制电流矢量的幅值抑制转矩脉动,将所得的电流矢量变换后得到三相参考电流,进行闭环控制。最后,针对1台18/12极DSEM,通过实验验证所提方法的可行性和有效性。

混合励磁同步电机铜耗最小化弱磁调速控制研究

混合励磁同步电机(hybrid excitation synchronous motor,HESM)具有调磁方便、调速范围宽等优势,在工业、军事领域应用前景广阔。该文在矢量控制和速度分区控制的基础上,针对HESM提出了一种铜耗最小化弱磁调速控制方法。该方法以电机铜耗最小化为目标,自适应地调节弱磁基速系数,在满足电枢端电压限制的条件下,对q轴电流、d轴电流与励磁电流进行最优配置。在深入分析弱磁基速系数对电机运行性能的影响的基础上,应用自适应控制方法对其进行调节以提高电机的调速范围、效率及动态特性等综合性能。最后,通过仿真和电机驱动实验验证了所提出的控制方法的正确性和有效性。结果表明,所提出的HESM弱磁控制方法,可实现电机综合性能的最优化控制。

混合励磁同步电动机分段弱磁控制

针对混合励磁同步电动机在高速区的弱磁运行特点,首先推导出其弱磁调速过程中保持平稳运行的电流变化关系,然后在此基础上提出了一种采用模糊控制与粒子群优化算法分阶段电流调节的效率最优控制方法。该控制方法的基本思想是,当电机处于弱磁调速过渡阶段时,通过模糊控制器对电流进行初步调节,使其迅速起动或进行状态调整,获得较高的动态性能;当电机进入稳态运行阶段后,以铜耗最小化为目标,采用粒子群优化算法对电流进行进一步调整,使其实现效率最优化控制。最后,通过仿真与实验结果分析验证了上述控制方法的有效性。

并列式混合励磁磁通切换型电机及其电流矢量控制策略研究

为解决永磁磁通切换式电机磁场调节困难的问题,研究了一种新型并列式混合励磁磁通切换型(parallel hybridexcited flux-switching,PHEFS)电机,该电机继承了永磁磁通切换电机功率密度高、反电势正弦等优势,且具有较强的对称调磁能力。结合磁路仿真对该电机电感特性和弱磁性能进行了理论分析,建立了PHEFS电机的数学模型,提出了id 0最大转矩铜耗比电流矢量控制策略,通过对励磁电流和电枢电流的合理分配,在保证静态特性的同时,达到最大转矩铜耗比,以提高电机的运行效率。原理样机的实验结果证明了该电机良好的调磁性能及所提算法的合理性与有效性。

双馈发电机最大风能捕获和转换策略的仿真

为了最大限度地利用风能,提高风力发电系统的效率,提出了一种既可实现双馈发电机系统低于额定风速下的最大风能捕获又可使得电机铜耗最小化运行的优化控制策略。在分析风力机特性和双馈发电机基本电磁关系的基础上,推导了双馈发电机实现最大风能捕获和转换的定子有功功率和无功功率的数学模型,并应用基于动态同步轴系下的双馈发电机励磁控制策略实现了系统的最优控制。利用Matlab/Simulink对不同风速下双馈发电机系统的运行性能进行了分析和比较,结果验证了该控制策略的正确性和可行性。

双馈风力发电系统的最大风能控制策略

在分析变速恒频风力发电系统最大风能捕获策略的基础上,提出了一种通过直接控制双馈发电机转子电流就可实现系统低于额定风速下的最大风能捕获又可使得电机铜耗最小化运行的控制策略。首先,在考虑风力机特性和双馈发电机基本电磁关系的基础上,分别推导了双馈发电机定子铜耗最小化运行和最大风能捕获的数学模型。其次,根据双馈发电机最优转子电流的数学模型,建立了双馈风力发电机系统最大风能捕获的控制策略。最后,利用Matlab/Simulink对不同风速下双馈发电机系统的运行性能进行了分析和比较,结果验证了该控制策略的正确性和可行性。

一种基于永磁同步电机绕组铜耗功率最大的电动汽车母线电容放电方法

在电动汽车出现紧急情况时,母线电容电压需要迅速降低到安全电压,而传统基于泄放电阻放电的方法不仅体积大、成本高且可靠性低,针对这个问题,该文提出一种基于永磁同步电机绕组铜耗功率最大的电动汽车母线电容放电方法。建立基于永磁同步电机绕组作为能量泄放电阻的母线电容放电能量流动模型,并分析放电过程中稳态和瞬态能量流动过程。通过绘制放电过程中dq坐标系下的电流极限圆、电压极限椭圆和功率极限圆轨迹,在电磁功率小于绕组铜耗功率的约束条件下,获得绕组铜耗功率最大下的d轴和q轴电流轨迹。仿真和实验结果验证该方法可以实现母线电容的快速放电,省去复杂的泄放电路,减小驱动系统的体积;并相较于传统基于弱磁原理的放电方法放电时间更短,且母线电压不会出现浪涌。

新型交替极混合励磁电机宽速域电流高效协调控制

混合励磁同步电机(hybrid excitation synchronous motor,HESM)具有磁场调节方便可靠的特点,适合航空航天、电动汽车等宽速域应用场合。新型交替极无刷混合励磁(consequent-pole brushless hybrid excitation,CPBHE)电机是一种具有交替极、双定子结构的交流调磁混合励磁电机,适合电动汽车驱动应用。该文在分析其调磁机理的基础上,提出等效气隙模型及多d-q轴数学模型,解决其气隙磁链不对称无法建立d-q轴数学模型问题。针对传统二维电流矢量id-iq平面无法追踪电励磁电流轨迹问题,提出一种三维电流矢量id-iq-if空间中分析电磁约束的方法。针对电动汽车宽调速、高可靠、广域高效的运行需求,提出一种结合最小铜耗控制与混合超前角弱磁控制的宽速域电流高效控制策略,实现CPBHE电机宽调速电流高效协调控制。进行样机实验与仿真对比,结果验证所提控制策略的有效性与鲁棒性。

基于相电动势矢量定向的无刷直流电机铜耗最小化瞬时转矩控制技术

无刷直流电机在理想梯形波电动势下,通以理想三相方波电流时,虽能产生恒定瞬时电磁转矩,但不能使铜耗最小化。若考虑非理想梯形波电动势和非理想方波电流,则还会存在较大的转矩脉动。为此,该文提出一种基于相电动势矢量定向的铜耗最小化瞬时转矩控制技术。相电动势矢量定向dq旋转坐标系下的数学模型具有电磁转矩仅与q轴绕组电流有关、与d轴绕组电流无关的特点,是实现无刷直流电机恒定瞬时转矩控制的基础。推导铜耗最小化运行所需d轴电流,并构建能够实现铜耗最小化的无刷直流电机瞬时转矩控制系统。通过相应的数字信号处理实验验证所提控制技术其可行性和有效性。

永磁同步电机不同工况下定转子铁耗分析

永磁电机在不同的工况下产生的铁耗大小不尽相同。采用采样得到的驱动器供电下永磁电机实际电流作为激励,对电机进行二维有限元计算,分别获得了工作于空载、最大转矩电流比控制及弱磁不同工况下的磁密波形,进而计算铁耗。分别计算了12槽8极(分数槽)的试样永磁电机及24槽8极(整数槽)电机工作在不同工况下铁耗。通过二者比较分析铁耗产生的原因,经过与试验对比,结果表明该计算方式有较高的准确性,可以用于分析电机铁耗产生的原因及指导高效率电机的设计。

弱磁调速永磁同步电动机基速点设计分析

为了提高永磁同步电动机弱磁控制时的负载能力,通过改变绕组匝数来改变电机电感,设计了4台尺寸相同但基速点不同的电机。采用有限元软件搭建了4台电机的模型,分别仿真了包含弱磁调速在内的机械特性,比较了不同电机的负载能力以及电磁损耗。仿真结果表明,在电源电压受限而逆变器电流容量充裕的情况下,适当降低绕组匝数,不仅可以提高电机的负载能力还可以降低电磁损耗。

基于三矢量模型的漏磁可控永磁电机最小铜耗控制

漏磁可控永磁电机(controllable leakage flux permanent magnet motor,CLF-PM motor)是一种新型磁通可控永磁电机,具有低速大扭矩和宽调速特性,在电动汽车等牵引驱动领域具有潜在的广阔应用前景。该文针对该类电机多变运行工况下磁链、电感特性耦合的特点,提出一种基于转矩电流、调磁电流、d轴电流三矢量模型的最小铜耗控制策略。分析该类漏磁可控永磁电机的漏磁控制原理,探究磁链、电感特性与电流的映射关系,将q轴电流矢量分解为转矩电流与调磁电流,构建电流三矢量控制模型。在此基础上,以电机铜耗最小为目标,提出调磁系数控制策略,实现该电机三电流矢量的最优配置。最后,通过仿真和实验验证所提出电流三矢量解耦和最小铜耗控制策略的正确性与有效性。

基于场路耦合的调速永磁同步电机损耗及温度场分析

基于Ansys/Maxwell、Simplorer和Matlab/Simulink仿真平台搭建了调速内嵌式永磁同步电机(IPMSM)场路联合仿真模型,进行了最大转矩/电流(MTPA)和弱磁调速控制策略下电机场路耦合仿真,得到了不同控制策略及不同负载状况下电机动态特性;采用三项铁耗分离模型,计算了不同工况下考虑谐波时的定子铁耗、转子铁耗、永磁体涡流损耗;搭建样机三维温度场有限元模型,通过有限元电磁场与温度场双向耦合仿真,分析了电机在不同工况下的温度场分布;实验结果验证了损耗及温度场分析结果的正确性。

开关磁阻电机位置控制系统的变磁链SVPWM-DTC算法

针对传统直接转矩控制(DTC)在开关磁阻电机(SRM)位置控制系统中存在的开关频率不定、转矩脉动大、定子铜耗高等问题,提出一种变磁链空间矢量调制-直接转矩控制(SVPWM-DTC)算法。在传统DTC的基础上,对SVPWM-DTC算法中电压矢量的选择及作用时间进行推导,使磁链能被定量调节。结合SRM的基本工作原理,详细分析磁链给定值与定子电流的关系,提出变磁链控制策略。充分考虑磁链变化角及磁链给定值之间的相互影响,结合电机磁链数据,给出磁链给定值选取原则,在减小转矩脉动的同时,保证电机铜耗最小化。以三相6/4极SRM为仿真控制对象,将DTC、SVPWM-DTC与变磁链SVPWM-DTC进行仿真对比。结果表明:变磁链SVPWM-DTC算法能够有效提高位置控制系统的动、静态特性及效率。

混合励磁型无轴承磁通切换电机损耗最小控制

混合励磁型无轴承磁通切换电机(BFSHEM)的电枢绕组需要同时流过转矩电流和悬浮电流,通常有着较大的绕组发热量及系统损耗量,制约着电机效率的进一步提升。针对上述问题,以12槽/10极BFSHEM为研究对象,通过合理分配电枢电流和励磁电流的占比,构建BFSHEM损耗最小控制策略以实现电机系统的总损耗最小。首先利用有限元仿真分析电机的铜耗及铁耗,从而确定影响电机损耗的可控电磁变量。由于影响BFSHEM铁耗的电磁变量较多,且各变量间耦合较强,鉴于现有铁耗模型难以兼顾BFSHEM铁耗计算的精度与速度要求,提出利用BP神经网络拟合出铁耗与各电磁变量的响应模型,之后使用广义模式直接搜索算法在线求解BFSHEM损耗模型的最优解,最后通过BFSHEM控制系统输出能够实现电机最小损耗的最优电流分配值。仿真及实验结果表明,BFSHEM损耗最小控制能够有效减少电机总损耗,减轻电枢绕组散热压力,提升电机输出效率,具有良好的应用前景。